Jak souvisí hustota, hmotnost a objem?

​Hustotapopisuje poměr hmotnosti k objemu předmětu nebo látky.Hmotnostměří odpor materiálu, aby se zrychlil, když na něj působí síla. Podle druhého Newtonova pohybového zákona (F = ma), čistá síla působící na objekt se rovná součinu jeho hmotnostního zrychlení.

Tato formální definice hmotnosti vám umožní dát ji do jiných kontextů, jako je výpočet energie, hybnosti, dostředivé síly a gravitační síly. Vzhledem k tomu, že gravitace je na povrchu Země téměř stejná, stává se hmotnost dobrým ukazatelem hmotnosti. Zvyšování a snižování množství měřeného materiálu zvyšuje a snižuje hmotnost látky.

• Hustota objektu je poměr hmotnosti k objemu objektu. Hmotnost je to, jak moc odolává zrychlení, když na něj působí síla, a obecně znamená, kolik existuje předmětu nebo látky. Svazek popisuje, kolik místa objekt zabírá. Tato množství lze použít při určování tlaku, teploty a dalších vlastností plynů, pevných látek a kapalin.

Mezi hmotou, hustotou a objemem existuje jasný vztah. Na rozdíl od hmotnosti a objemu nezvyšuje množství měřeného materiálu hustotu. Jinými slovy, zvýšení množství sladké vody z 10 gramů na 100 gramů také změní objem od 10 mililitrů do 100 mililitrů, ale hustota zůstává 1 gram na mililiter (100 g ÷ 100 ml = 1 g / ml).

Díky tomu je hustota užitečnou vlastností při identifikaci mnoha látek. Protože se však objem mění se změnami teploty a tlaku, hustota se může měnit také s teplotou a tlakem.

Pro danou hmotnost aobjem,kolik fyzického prostoru zabírá předmět nebo látka, hustota zůstává při dané teplotě a tlaku konstantní. Rovnice pro tento vztah je

ve kterémρ(rho) je hustota,mje hmota aPROTIje objem, což činí jednotku hustoty kg / m³. Převrácená hodnota hustoty (1/ρ) je známý jakokonkrétní objem, měřeno v m³ /kg.

Objem popisuje, kolik místa látka zabírá, a udává se v litrech (SI) nebo galonech (anglicky). Objem látky je určen tím, kolik materiálu je přítomno a jak úzce jsou částice materiálu zabaleny dohromady.

Výsledkem je, že teplota a tlak mohou výrazně ovlivnit objem látky, zejména plynů. Stejně jako u hmoty, také zvyšování a snižování množství materiálu zvyšuje a zmenšuje objem látky.

U plynů je objem vždy stejný jako v nádobě, ve které je plyn uvnitř. To znamená, že u plynů můžete vztahovat objem k teplotě, tlaku a hustotě pomocí zákona o ideálním plynu

ve kterémPje tlak v atm (atmosférické jednotky),PROTIje objem vm³ (metry krychlové),nje počet molů plynu,Rje univerzální plynová konstanta (R= 8,314 J / (mol x K)) aTje teplota plynu v Kelvinech.

•••Syed Hussain Ather

Tři další zákony popisují vztahy mezi objemem, tlakem a teplotou, jak se mění, když jsou všechny ostatní veličiny konstantní. Rovnice jsou známé jako Boyleův zákon, Gay-Lussacův zákon a Charlesův zákon.

V každém zákoně levé proměnné popisují objem, tlak a teplotu v počátečním bodě času, zatímco pravé proměnné je popisují v jiném pozdějším časovém bodě. Teplota je konstantní pro Boyleův zákon, objem je konstantní pro zákon Gay-Lussac a tlak je konstantní pro Charlesův zákon.

Tyto tři zákony se řídí stejnými principy zákona o ideálním plynu, ale popisují změny v kontextech teploty, tlaku nebo objemu konstantní.

I když lidé obvykle používají hmotnost k označení toho, kolik látky je přítomno nebo jak je látka těžká, různými způsoby lidé odkazují na masy různých vědeckých jevů znamená, že masa potřebuje jednotnější definici, která zahrnuje vše používá.

Vědci obvykle mluví o subatomárních částicích, jako jsou elektrony, bosony nebo fotony, které mají velmi malé množství hmoty. Ale hmotnosti těchto částic jsou ve skutečnosti jen energie. Zatímco množství protonů a neutronů je uloženo v gluonech (materiál, který udržuje protony a neutrony pohromadě), hmotnost elektronu je mnohem zanedbatelnější, protože elektrony jsou asi 2 000krát lehčí než protony a neutrony.

Gluony představují silnou jadernou sílu, jednu ze čtyř základních sil vesmíru elektromagnetická síla, gravitační síla a slabá jaderná síla, udržující neutrony a protony vázané spolu.

Ačkoli velikost celého vesmíru není přesně známa, pozorovatelný vesmír, hmota ve vesmíru, kterou vědci studovali, má hmotnost asi 2 x 10⁵⁵ g, asi 25 miliard galaxií o velikosti Mléčné dráhy. Toto zahrnuje 14 miliard světelných let včetně temné hmoty, hmoty, kterou si vědci nejsou zcela jisti, z čeho je vyrobena, a světelné hmoty, která odpovídá hvězdám a galaxiím. Hustota vesmíru je asi 3 x 10^-30 g / cm³.

Vědci přicházejí s těmito odhady pozorováním změn v kosmickém mikrovlnném pozadí (artefakty elektromagnetického záření z primitivních stádií) vesmíru), nadkupy (shluky galaxií) a nukleosyntéza velkého třesku (produkce nevodíkových jader v raných fázích vesmír).

Vědci studují tyto vlastnosti vesmíru, aby určili jeho osud, ať už se bude dále rozšiřovat, nebo se někdy zhroutí sám. Jak se vesmír stále rozšiřuje, vědci si mysleli, že gravitační síly dávají objektům mezi sebou přitažlivou sílu, která zpomaluje expanzi.

Ale v roce 1998 pozorování vzdálených supernov Hubblovým kosmickým dalekohledem ukázalo, že vesmír byl rozpínající se v průběhu času. Ačkoli vědci nezjistili, co přesně způsobuje zrychlení, tato expanze zrychlení vedlo vědce k teorii, že temná energie, název pro tento neznámý jev, by byla účet za to.

Ve vesmíru zůstává mnoho záhad o hmotě a tvoří většinu hmoty vesmíru. Asi 70% hmotné energie ve vesmíru pochází z temné energie a asi 25% z temné hmoty. Pouze asi 5% pochází z běžné hmoty. Tyto podrobné obrázky různých typů hmot ve vesmíru ukazují, jak různorodá může být hmota v různých vědeckých kontextech.

Gravitační síla předmětu ve vodě avztlaková sílakterý ji udržuje vzhůru, určuje, zda se objekt vznáší nebo klesá. Pokud je vztlaková síla nebo hustota objektu větší než kapalina, vznáší se a pokud ne, klesá.

Hustota oceli je mnohem vyšší než hustota vody, ale při správném tvarování může být hustota snížena u vzdušných prostorů a vytvářet ocelové lodě. Hustota vody, která je větší než hustota ledu, také vysvětluje, proč led plave ve vodě.

​Specifická gravitaceje hustota látky dělená hustotou referenční látky. Tato reference je buď vzduch bez vody pro plyny nebo sladká voda pro kapaliny a pevné látky.